應變儀在地震定位中的運用

任燁

摘 要：綜合利用上海綜合深井觀測系統中四分向應變儀的高采樣率特點，結合相鄰的其他臺站地震儀，共同對東海Ms7.0級中源地震進行了分析，并討論了四分向應變儀在地震監測定位中的運用。

關鍵詞：四分向應變儀；采樣率；應變地震波；地震定位

中圖分類號：P318.6+1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.116

文章編號：2095-6835（2016）11-0116-02

美國重大科學研究項目板塊邊界觀測（PBO）的實施表明，鉆孔應變儀正在成為地球動力學和地震學研究的主要觀測儀器之一。我國的鉆孔應變觀測起步較早，特別是首創的水平四向量鉆孔應變儀，其設計理念已達到國際領先水平。長期以來，鉆孔應變儀都被用在地震預測預報中，是地震預報研究的一個重要發展方向。連續地應變觀測資料為物理預報的開展提供了依據。無論是解決中長期問題，還是解決短臨前兆問題，鉆孔應變觀測都是比較有優勢的一種手段。由于其傳統采樣率偏低（一般為1 Hz或者1/60 Hz），未達到地震定位采樣率（至少為50 Hz）要求，因此在地震定位運用中一直處于空白狀態。

本文以東海Ms7.0級中源地震應變地震波數據為例，對應變地震波在地震定位中的運用進行討論，提出基本步驟和方法。

1 綜合深井應變地震波觀測

綜合深井地震觀測系統是集四分向應變儀、兩分量傾斜儀、地磁儀、水位儀、氣象三要素觀測儀于一體的綜合觀測系統。崇明綜合深井于2011-05建成，位于上海市崇明縣長江農場內（位置31.675°N，121.544°E），井深460 m。其中，四分向應變儀運用的是珠海泰德公司生產的TBS-41。

圖1和圖2是四分向應變儀所記錄的東海Ms7.0級中源地震應變地震波。其中，圖1采用的是高采樣率（即原始采樣率為50 Hz），圖2為選擇的秒采樣率（1 Hz）應變地震波。從圖1和圖2可以看出，50 Hz采樣率的應變地震波內容更豐富。記錄得越清晰，失真度越小。

2 對比運用分析

2.1 數據處理與對比

具體定位不需要四分量，地震儀記錄統一，應變地震波與寬頻帶地震記錄具有較大的相似性，短周期由于其頻帶范圍影響，只能記錄到比較明顯的P波，S波則較難分辨。

2.2 定位處理

2.2.1 震中位置與發震時刻

四分向應變儀器所記錄的應變地震波主要體現的是水平方向的應變結果，是無量綱變量，再加上缺乏垂直方向的分量，因此不能使用單臺定位，只能將該道應變地震波加到臺網內綜合定位比較。

東海Ms7.0級地震震中位于上海臺網東南方，距離上海臺網620 km，且有一定的深度，為中源地震。綜合考慮使用廣東省十五定位軟件MSDP中的Hyposat定位。為了在最大程度上減少因臺站數量多而帶來的定位修正，選擇滿足定位要求的臺站參與計算。應變地震波臺站殘差很小，只有0.13.這說明，應變地震波在地震震中定位中取得了成功。

與USGS、國家臺網中心比較，震中距相差20 km左右，滿足Ⅲ類定位精度要求。但震源深度偏離較大，最高的達到了35 km。產生這一問題的原因可能為以下兩點：①臺網口徑偏小，偏向西北一隅。十五定位MSDP軟件本來是基于速報定位開發的，其所有定位程序對網外遠距離（相對于臺網口徑）地震定位存在一定的偏差。②震源深度一直較難把握，再加上該地震深震震相不明顯，未加入深震震相定位，而采用的是Iasp91地球模型搜索，深度出入較大。

2.2.2 震級

應變地震波振幅是震級和震中距的函數。張凌空在《Sacks體應變地震波的觀測結果分析》一文中對應變地震波振幅與震級的關系進行了經驗總結，得到了一些經驗公式。其采用的是體應變地震波，與本文中四分向應變地震波有一定的區別，因此僅作為參考，無法得到比較準確的震級，但也提供了一些思路。如果能得到比較穩定的統計和確定的經驗公式，就能解決中深源地震面波震級偏小的問題。

3 結束語

由于綜合深井崇明長江農場臺完成驗收才幾個月，浦東張江臺最近才完成驗收，從高采樣率的應變波形上可以看出，其數據波形與穩定狀態的高采樣率的應變儀所記錄的有很大區別，比如帶有許多高頻干擾。初步估計是由于水泥還未完全凝固，尚處于可蠕動狀態，固體潮波形不清晰等造成。另外，其運行時間短，所記錄的地震資料極為有限，最終的可用性還需要大量的地震案例來驗證。

參考文獻

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[3]張凌空，牛安福.Sacks體應變地震波的觀測結果分析[J].大地測量與地球動力學，2009，29（5）：33-37.

〔編輯：劉曉芳〕